БПЛА: классификация, типы, сферы применения

Беспилотный летательный аппарат (БПЛА или БЛА) — воздушное судно, управляемое пилотом на расстоянии (без физического присутствия на борту). В разговорной форме часто используются синонимы — дрон, беспилотник. Определение БВС (беспилотное воздушное судно) регламентировано 32 ст. Воздушного кодекса Российской Федерации.

Беспилотники имеют различия в конструкции, назначении, классификации, полезной нагрузке, типу взлета, техническим характеристикам. Разберем подробнее каждый из пунктов.

Беспилотные летательные аппараты отличаются по назначению, но составные части у них схожи:

• Корпус (фюзеляж);
• Источник энергии (аккумулятор, солнечные батареи, топливные элементы);
• Двигательная установка (на основе различных типов двигателей: электрический, внутреннего сгорания, воздушно-реактивный);
• Навигационная система (датчики: гироскоп, акселерометр, альтиметр, ГЛОНАСС/GPS);
• Система управления (контроллер, бортовой компьютер, автопилот);
• Система связи (радиоприемник, ретранслятор, радиопередатчик);
• Съемочная аппаратура (камера, тепловизор);
• Ряд других приборов, подбираемых под конкретный БПЛА и его задачи.

Для классификации беспилотников используются основные параметры:

Дистанционное управление полетом БПЛА – это работа специалиста (оператора) с пультом. Связь между пилотом и дроном обеспечивается передачей данных через радиоканал, 5G-канал. Беспилотник получает команды, а также передает информацию пилоту в реальном времени.

Для выполнения задач на больших расстояниях используются БПЛА, управляемые по спутниковым каналам. Дроны в зоне видимости человека устанавливают связь с пультом по оптическим каналам.

БПЛА с автономной системой управления запрограммированы на выполнение определенной задачи. Работают автоматически за счет встроенного микропроцессора, возможно применением ИИ-алгоритмов. Беспилотники могут самостоятельно действовать при наличии встроенного навигационного оборудования (GNSS-приемник) и/или инерциального измерительного модуля (IMU).

Гибридная система управления дроном – оператор с пультом и функция автономности. Совмещенный набор средств позволяет минимизировать повреждения БПЛА и успешно выполнить задачу в случае потери связи с оператором. Обычно гибридная система управления имеется у беспилотников с большой дальностью действия.

БПЛА самолетного типа оснащен несущими крыльями, которые обеспечивают подъемную силу и полет. Управляются дистанционно или компьютером. Наиболее функциональным считают БПЛА с «монокрылом».

Самолетный БПЛА может совершать долгий полет на большие расстояния, а также обладает высокой скоростью относительно других беспилотников. Такие дроны недорогие и простые в обслуживании и ремонте. Обычно они летают по запланированной программе: маршрут, цель полета, настройка датчиков. После завершения задачи БПЛА самолетного типа возвращается на точку старта или по заданному маршруту. Однако самолетному типу дронов необходимо специально оборудованное место взлета и посадки.

Однороторные дроны по своей конструкции напоминают вертолеты. БПЛА этого типа оснащен 1-им большим ведущим винтом, а иногда еще 1-им – на хвосте (контроль траектории полета). Коптер эффективнее квадрокоптера за счет продолжительного времени полета и работы на двигателях внутреннего сгорания. Беспилотные вертолеты могут летать практически с любым двигателем.

Вместе с этим они имеют более сложную конструкцию, большую энергозатратность, высокую стоимость по сравнению с мультироторными БПЛА.

Мультироторные (мультикоптерные) дроны – это летающие платформы с 3-мя и более бесколлекторными двигателями с пропеллерами.

Во время полета находятся в горизонтальном положении и могут зависать в любой момент, перемещаются по всем направлениям и поворачиваются вокруг своей оси. Все движения в воздухе совершаются за счет изменения тяги на каждом моторе.

Мультироторные дроны просты в управлении, имеют высокую точность позиционирования и относительно недорогие. Среди недостатков низкая скорость, большая трата энергии, ограничения по радиусу работы, малые грузоподъемность, время полета.

Гибридные БПЛА сочетают в себе функции и характеристики самолетного и мультироторного типа дронов. Поворотные (или фиксированные) винты во время взлета и посадки действуют как подъемные, а во время обычного полета – как тянущие.

В преимущества входят вертикальный взлет за счет дополнительных двигателей, высокая скорость, маневренность, удачное соотношение взлетной массы и полезной нагрузки, экономия энергоресурсов мотора. Среди недостатков трудное обслуживание и ремонт, зависимость от погоды, высокая стоимость.

Аэростаты взлетают за счет заполненного газом или нагретым воздухом баллона. В основном представляют собой непилотируемые дирижабли – симбиоз аэростата и винта с электрическим двигателем. Находятся в небе и перемещаются за счет системы управления ориентацией.

Преимуществами являются

продолжительность полета в течение нескольких дней или недель и большая грузоподъемность. Однако у аэростатов есть ограничения в маневренности и скорости, на них значительно влияют погодные условия. Помимо этого, БПЛА аэростатического типа обладают большими размерами и массой.

Сферы использования БПЛА обширны:

• метеорология;
• геодезия;
• картография;
• экология;
• сельское хозяйство;
• лесное хозяйство;
• строительство;
• телекоммуникация;
• логистика;
• развлечение;
• научная деятельность;
• мониторинг инфраструктуры;
• обеспечение безопасности;
• помощь для предотвращения, ликвидации ЧС;
• военная сфера, др.

Дроны задействуют повсеместно, так как это удобный простой способ выполнения задач: наблюдения, транспортировки, нападения.

Международная ассоциация по беспилотным системам создала универсальную классификацию БПЛА по летным параметрам. При этом характеристики применимы как к уже существующим дронам, так и к еще не разработанным.

*необходимо учитывать, что из-за активного развития сферы беспилотников приведенные данные несколько устарели.

Малые БЛА:

Тактические БЛА:

Стратегические БЛА:

Специального назначения:

Помимо представленной Международной ассоциацией по беспилотным системам классификации существует и российская. В классификации ВС РФ группы беспилотников имеют упрощенный вид, а некоторые классы вовсе отсутствуют. Базовые характеристики относятся к военному назначению БПЛА.

Классификация ВС РФ по радиусу действия БЛА:

Классификация ВС РФ по скорости, высоте, продолжительности полета БЛА:

Скорость БПЛА:

• Малоскоростные (от 50 до 400 км/ч)
• Скоростные (от 400 км/ч до числа М*)
• Сверхзвуковые (более числа М)

* М – число Маха, скорость звука в воздухе (у поверхности земли – 1224 км/ч, на высоте 11 км – 1062 км/ч)

Высота полета БПЛА:

• Предельно малых высот (от 0 до 200 м)
• Малых высот (от 200 до 1000 м)
• Средних высот (от 1 до 4 км)
• Больших высот (от 4 до 12 км)
• Стратосферные (более 12 км)

Продолжительность полета:

• менее 2 часов
• от 2 до 8 часов
• более 8 часов

Утвержденная российской авиацией классификация почти точно отражает реальную ситуацию в сфере БПЛА. Однако представленные данные не будут полностью актуальными из-за стремительного развития беспилотников.

Все беспилотники различаются по взлетной массе – параметру, который обозначает максимальный вес для безопасного полета дронов. По этой характеристике БПЛА делятся на 4-е основные группы: мини, легкие, средние и тяжелые.

• Микро и мини БПЛА ближнего действия: 0–5 кг
• Легкие БПЛА малого радиуса действия: 5–50 кг
• Легкие БПЛА среднего радиуса действия: 50–100 кг
• Средние БПЛА: 100–300 кг
• Среднетяжелые БПЛА: 300–500 кг
• Тяжелые БПЛА среднего радиуса действия: 500–1500 кг
• Тяжелые БПЛА большой продолжительности полета: более 1500 кг

Средние и тяжелые БПЛА являются специализированными и применяются в определенных условиях. В связи с этим разработка и производство таких дронов почти полностью принадлежит авиастроительным корпорациям.

Основной упор при этом делается на категории легких БПЛА. Потенциальная сфера их применения очень широка: аэрофотосъемка и картографирование, перевозка различных грузов на любые расстояния и в любую местность и многое другое.